לאחר כ30- שנה התיר חיל הים לערוך צלילות וחפירות ארכיאולוגיות תת ימיות בנמל הפיניקי בעתלית. בנמל, נערכו סקרים וחפירות תת ימיות בשנות השישים והשבעים על ידי "האגודה למחקר תת ימי בישראל". הסקרים במקום נמשכו גם בשנות השבעים על ידי "המרכז ללימודי ים" באוניברסיטת חיפה, בראשותם של פרופ' אבנר רבן וד"ר אלישע לינדר. בשנת 2002 נערכו בנמל סקר וחפירה תת ימית, במסגרת עבודת מחקר העוסקת בתפיסה של מיקום ותכנון נמלים פיניקים בלבנט, וביטויה בנמל עתלית. בסקרים ובחפירות נתנו הזדמנות לעמוד על עקרונות בניית הנמלים הפיניקים, הכוללים שיקולים כמו: מיקום הנמלים, תכנון מערך הנמל וחלוקתו לאגפים שונים והטכניקה הייחודית של בניית המזחים. הממצאים מעתלית יושוו לחפירות מנמלים פיניקים אחרים כגון: צור, צידון, ארווד, עכו ואמתוס.
יתרונו של נמל עתלית הוא בכך שזהו הנמל הפיניקי היחידי שנתגלה עד כה, שהוא חד-תקופתי ואין עליו שרידי בנייה מאוחרים מהתקופות ההלניסטית והרומית. מרבית הנמלים הפיניקים המרכזיים, כגון צור, צידון וגבל, שרידי הנמל הפיניקי מכוסים בבנייה רצופה מתקופת הברזל ועד לימינו. לכן למחקר בעתלית יש חשיבות רבה לתיארוך והבנת מתקני הנמל הפיניקי מתקופת הברזל.
בחפירה נפתחו שני שטחים , במקומות שונים במזח הצפוני. שטח 1K נמצא במרכז המזח, מצדו הפנימי, הבנוי מאבני גזית בשיטת ה"ראשים". שטח L נמצא בקצהו המזרחי של המזח הצפוני, הבנוי בטכניקה שונה מאבני גוויל חצי מסותתות שנערמו לסוללה על קרקעית הים, לגובה של מספר מטרים. כמו כן, נחפרו חתכים בבסיסי המזח, כדי להבין כיצד נבנה המזח ועל איזה סוג תשתית הניחו את אבני הבנייה. בדיקות גיאולוגיות שנערכו במספר אבני תשתית, הוכיחו כי מרבית אבני התשתית מיובאות מאזור צפון סוריה וקיליקיה והן מעידות על קשרי מסחר ימי בין חוף הכרמל לאזור זה.
במהלך החפירה נמצאו בין אבני המזח מספר כפיסי עץ מיובאים . תיארוך העצים מוכיח כי הנמל נבנה במהלך המאה התשיעית או תחילת המאה השמינית לפסה"נ, בשיאה של הטלסוקרטיה הצורית. בתקופה זו רשת המסחר הפיניקית התפרסה ברחבי הלבנט ובאה לידי ביטוי בבניית נמלים ותחנות מסחר לאורך קווי השייט העיקריים.